Đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống lái có trợ lực lái cho xe tải 2,5t (full cad )

Đề tài tốt nghiệp 2002 – 2003 Trang MỤC LỤC Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI CỦA Ô TÔ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ Đ 1 Công dụng _Phân loại _Yêu cầu 1.1.1 Công dụng 1.1.2 Phân loại 1.1.3 Yêu cầu Đ 1.2 Tổng quan về hệ thống lái của ô tô 1.2.1 Sơ đồ bố trí chung 1.2.2 Nguyên lý làm việc Đ 1.3 Lựa chọn phương án thiết kế 1.3.1 Các yêu cầu thiết kế 1.3.2 Lựa chọn phương án thiết kế 1.3.3 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống trợ lực lái theo phương án đã chọn . Chương 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI Đ 2.1 Các thông số cơ bản . Đ 2.2 Tính toán thiết kế dẫn động lái. 2.2.1 Xác định tỷ số truyền của hệ thống lái. 2.2.2 Xác định chế độ tải trọng để tính bền các chi tiết của hệ thống lái. 2.2.3 Thiết kế dẫn động lái _ Sơ đồ dẫn động lái. 2.2.3.1 Thiết kế dẫn động lái. 2.2.3.2 Sơ đồ dẫn động lái. 2.2.4 Thiết kế và tính toán các chi tiết của dẫn động lái. 2.2.4.1 Đòn quay đứng. 2.2.4.2 Thanh kéo dọc và thanh kéo ngang. 2.2.4.3 Trục lái. 2.2.4.4 Khớp cầu của dẫn động lái. 2.2.5 Kiểm tra dẫn động lái. Đ 2.3 Tính toán thiết kế trợ lực lái 2.3.1 Những yêu cầu cơ bản và các thông số của trợ lực lái. 2.3.1.1 Cường hoá lái cần đảm bảo các yêu cầu. 2.3.1.2 Các thông số cơ bản đánh giá cường hoá lái. 2.3.2 Tính toán bộ cường hoá trục vít _ êcu _cung răng kiểu van trượt. 2.3.2.1 Xác định đường kính làm việc của xy lanh thuỷ lực. SVTH: Bùi Xuân Chiều GVHD: ts. Nguyễn Đức Toàn 1 Đề tài tốt nghiệp 2002 – 2003 Trang 2.3.2.2 Tính toán sơ bộ lực nén lò xo định tâm. 2.3.2.3 Tính diện tích piston phản ứng. 2.3.2.4 Xác định lưu lượng bơm. 2.3.2.5 Tính góc quay không tải của vành tay lái tới thời điểm bộ trợ lực lái bắt đầu có tác dụng. 2.3.3 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của van phân phối. 2.3.3.1 Sơ đồ cấu tạo. 2.3.3.2 Nguyên lý làm việc của van phân phối. Đ 2.4 Tính toán thiết kế cơ cấu lái. 2.4.1 Tính toán bộ truyền vít bi. 2.4.1.1 Xác định sơ bộ đường kính trong d 1 của ren theo độ bền xoắn. 2.4.1.2 Chọn các thông số của bộ truyền. 2.4.1.3 Kiểm tra về độ bền. 2.4.2 Tính toán bộ truyền êcu_ cung răng. 2.4.2.1 Xác định mô duyn và khoảng cách trục của êcu _ cung răng. 2.4.2.2 Tính chọn các thông số của bộ truyền êcu _ cung răng. 2.4.2.3 Tính toán cung răng. SVTH: Bùi Xuân Chiều GVHD: ts. Nguyễn Đức Toàn 2 Đề tài tốt nghiệp 2002 – 2003 Trang LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm qua đất nước ta với xu hướng công nghiệp hoá, hiện đại hoá các ngành mũi nhọn được nhà nước quan tâm, đầu tư phát triển như công nghệ thông tin, điện tử, viễn thông, Trong đó ngành cơ khí nói chung, cũng như ngành cơ khí ô tô nói riêng cũng là một ngành mũi nhọn, nó có vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Ô tô là một phương tiện vận tải chủ yếu trong việc vận chuyển hàng hoá, hành khách và phục vụ các công tác quan trọng khác như : ytế, môi trường, an ninh, ; Do có vai trò quan trọng và có liên quan đến nhiều công tác vận tải như vậy, cho nên tính an toàn và độ tin cậy của ô tô phải luôn đảm bảo tốt nhất. Một trong những hệ thống của ô tô có liên quan trực tiếp đến sự an toàn cho người, phương tiện và vật chất khi tham gia giao thông đó là hệ thống lái. Trong bản đồ án này em đã đi sâu nghiên cứu, thiết kế hệ thống lái có trợ lực lái cho xe tải 2,5T. Với nhiệm vụ như vậy thì những kiến thức đã được lĩnh hội từ phía nhà trường cùng những kinh nghiệm quý báu của các thầy cô giáo bộ môn và những kiến thức thực tế tại các các công ty thực tập, phải được vận dụng một cách tổng hợp nhằm thiết kế tốt nhgiệp được tốt hơn và đúng thời gian quy định. Sinh viên chúng em nghĩ rằng công việc mà chúng em đang làm là một bước nhảy lớn giúp chúng em làm quen với việc nghiên cứu và thiết kế thật sự một đề tài và đó chính là một công việc của một kỹ sư tương lai. Hệ thống lái là một hệ thống phức tạp mà trình độ và thời gian có hạn cho nên trong quá trình thiết kế không tránh khỏi những sai sót nhất định. Rất mong được sự hướng dẫn và góp ý của quý thầy cô và các bạn. Sau hơn 10 tuần thiết kế đề tài tốt nghiệp đến nay em đã hoàn tất đề tài tốt nghiệp của mình. Để đạt được thành quả này. Em xin chân thành cảm ơn sâu sắc nhất đến TS. Nguyễn Đức Toàn, thầy đã tận tình, hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu cho em trong suốt thời gian làm đồ án tốt nghiệp. Sau cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải- Hà Nội. Hà Nội SVTH: Bùi Xuân Chiều GVHD: ts. Nguyễn Đức Toàn 3 Đề tài tốt nghiệp 2002 – 2003 Trang Ngày 09 tháng 04 năm 2003. sinh viên: Bùi Xuân Chiều. NỘI DUNG THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI CỦA Ô TÔ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ. Đ 1.1 CÔNG DỤNG PHÂN LOẠI YÊU CẦU : 1.1.1 Công dụng : Hệ thống lái của ô tô được dùng để thay đổi phương hướng chuyển động của ô tô nhờ quay các bánh xe dẫn hướng , hoặc cho ô tô chuyển động theo một hướng xác định nào đó . Hệ thống lái của ô tô gồm ba bộ phận chính : - Cơ cấu lái . - Dẫn động lái . - Cường hoá lái . Để ô tô có thể quay vòng được cần phải có mô men quay vòng, mô men này sinh nhờ có các phản lực bên khi quay các bánh xe dẫn hướng . 1.1.2 Phân loại . * Theo cách bố trí cơ cấu lái : SVTH: Bùi Xuân Chiều GVHD: ts. Nguyễn Đức Toàn 4 Đề tài tốt nghiệp 2002 – 2003 Trang + Hệ thống lái với cơ cấu lái được bố trí bên trái (được áp dụng với nước có luật giao thông qui định chiều chuyển động bên phải ). + Hệ thống lái với cơ cấu lái được bố trí bên phải (được áp dụng với nước có luật giao thông qui định chiều chuyển động bên trái ). * Theo kết cấu của cơ lái : - Loại trục vít _bánh vít (với cung răng hay con lăn). - Loại trục vít _ đòn quay (với một hay hai ngõng quay). - Loại thanh khía. - Loại liên hợp . * Theo số bánh xe dẫn hướng: - Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng ở cầu trước . - Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng ở cầu sau . - Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng ở tất cả các cầu . * Theo nguyên lý làm việc ở bộ cường hoá lái : - Loại cường hoá thuỷ lực . - Loại cường hoá khí (kể cả cường hoá chân không ). - Loại cường hoá điện. - Loại cường hoá cơ khí . 1.1.3 Yêu cầu : Hệ thống lái của ô tô phải đảm bảo thoả mãn những yêu cầu cơ bản sau đây: - Đảm bảo tính năng vận hành cuả ô tô, có nghĩa là khả năng quay vòng của ô tô thật nhanh và ngoặt trên một diện tích giới hạn. SVTH: Bùi Xuân Chiều GVHD: ts. Nguyễn Đức Toàn 5 Đề tài tốt nghiệp 2002 – 2003 Trang - Tay lái nhẹ trong việc điều khiển ô tô khi chuyển động và ngay khi quay vòng tại chỗ. Lực tác dụng lên vành tay lái không vượt quá 6 KG khi ô tô chạy với tốc độ 20 km/h trên đường bê tông- nhựa theo quĩ đạo số 8 có bán kính vòng tròn là 15 m và khoảng cách giữa tâm của hai vòng tròn là 42 m. Lực khi quay vòng các bánh xedẫn hướng tại chỗ trên mặt đường bê tông – nhựa không vượt qua 16 -20 KG. - Động học quay vòng đúng, nghĩa là khi quay vòng tất cả các bánh xe ở các cầu dẫn hướng phải lăn theo những đường tròn đồng tâm mà không bị trượt. - Truyền tối thiểu những lực va đập nghịch lên vành tay lái làm người lái ít tốn sức và đủ cảm giác để quay vành tay lái. - Các bánh xe dẫn hướng có khả năng quay trở về vị trí ban đầu và giữ được hướng chuyển động thẳng, ổn định. - Chính xác về tính chất tuỳ động, động học và động lực học, tức là phải đảm bảo sự phối hợp chặt chẽ giữa sự tác động cảu hệ thống và sự quay vòng của các bánh xe dẫn hướng. Để đạt được độ chính xác này cơ cấu lái phải được đặt trên phần được treo. - Có độ bền lâu và không bị hư hỏng trong quá trình phục vụ của ô tô. - Thuận tiện trong việc sử dụng và bảo dưỡng. - Không có khe hở lớn trong hệ thống lái . Đ1.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI CỦA Ô TÔ 1.2.1Sơ đồ bố trí chung: * Sơ đồ kết cấu của hệ thống lái của ô tô bao gồm: SVTH: Bùi Xuân Chiều GVHD: ts. Nguyễn Đức Toàn 6 Đề tài tốt nghiệp 2002 – 2003 Trang - Đòn kéo ngang 1. - Các đòn bên 2,10. - Cam quay lái 3. - Đòn quay ngang 4. - Đòn kéo dọc 5. - Đòn chuyển hướng 6. - Cơ cấu lái 7. - Trục lái 8. - Vành tay lái 9. - Trục đứng 11. Vành tay lái có dạng hình tròn, lực của người lái tác dụng lên vành tay lái tạo mô men quay để hệ thống làm việc. Trục lái là một đòn dài (rỗng hoặc đặc). Để truyền mô men quay từ vành tay lái xuống cơ cấu lái. Cơ cấu lái có nhiệm vụ biến chuyển động quay tròn của vành tay lái thành chuyển động lắc của đòn quay đứng trong mặt phẳng đứng, đảm bảo theo tỷ số truyền theo yêu cầu cần thiết. Dẫn động lái có nhiệm vụ truyền chuyển động từ cơ cấu lái xuống tận bánh xe dẫn hướng, đảm bảo tỷ số truyền nhất định và chủ yếu giữ đúng động học quay vòng của ô tô. 1.2.2 Nguyên lý làm việc: Khi muốn thay đổi hướng chuyển động của ô tô sang phải hay sang trái người lái cần tác dụng một lực lên vành tay lái, thông qua cơ cấu lái làm quay đòn chuyển hướng. Đòn chuyển hướng đẩy đòn kéo dọc dịch chuyển làm đòn quay đẩy cam quay lái quay. Đồng thời lúc đó các đòn bên và đòn kéo n gang SVTH: Bùi Xuân Chiều GVHD: ts. Nguyễn Đức Toàn 7 Đề tài tốt nghiệp 2002 – 2003 Trang dịch chuyển tạo ra sự quay của các bánh xe dẫn hướng với những góc quay khác nhau theo tỷ lệ nhất định để đảm bảo quay vòng không trươt. Hình 1: Sơ đồ kết cấu chung của hệ thống lái. 1.3.1 Các yêu cầu thiết kế: Do yêu cầu thiết kế ngoài truyền động cơ khí còn phải thiết kế bố trí thêm hệ thống trợ lực lái loại thuỷ lực để giảm nhẹ lực của người lái đồng thời giúp người lái đỡ mệt và an toàn. Hệ thống trợ lực lái cần đảm bảo: - Khi hỏng bộ trợ lực thì hệ thống lái vẫn làm việc bình thường như không có bộ trợ l ực. - Đảm bảo cho người lái vẫn có cảm giác với sức cản quay vòng của bánh xe dẫn hướng. 1.3.2 Lựa chọn phương án thiết kế: Ta sẽ chọn phương án thiết kế cơ cấu lái cùng chung một cụm với xi lanh thuỷ lực và van phân phối. Các yếu tố cơ bản để chọn phương án này là do : SVTH: Bùi Xuân Chiều GVHD: ts. Nguyễn Đức Toàn 8 Đề tài tốt nghiệp 2002 – 2003 Trang - Theo tiêu chuẩn Liên Xô quy định loại này chỉ được sử dụng cho ô tô có khối lường trên các bánh xe dẫn hướng từ 2,5 - 4 Tấn. Ở đây ô tô tải cần thiết kế có tải trọng đặt lên cầu trước là 1530 KG do đó những mô men cản quay vòng sẽ không quá lớn nên chọn phương án này sẽ có lợi hơn cả. - Lựa chọn phương án này kết cấu sẽ gọn và dễ dàng bố trí trên xe. - Chiều dài đường ống sẽ là ngắn nhất. - Trên thực tế sẽ tránh được khả năng phát sinh dao động của các bánh xe dẫn hướng do sự không ổn định động lực của cường hoá lái gây nên. 1.3.3 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống trợ lực lái theo phương án đã chọn: * Hệ thống trợ lực lái bao gồm 3 bộ phận chính: - Nguồn cung cấp dầu có áp lực cao cho toàn bộ hệ thống. Trong hệ thống trợ lực lái thuỷ lực nguồn cung cấp là bơm dầu. - Van phân phối để điều chỉnh dầu có áp suất cao đến cơ cấu thực hiện theo giá trị lực tác dụng lên vành tay lái. - Cơ cấu thực hiện để tạo ra lực phụ tác động thêm vào dẫn động lái. Cơ cấu thực hiện thường có dạng xy lanh thuỷ lực. * Nguyên lý làm việc: Khi ô tô chuyển động thẳng, ngăn kéo van trượt ở vị trí trung gian, các khoang bên phải và bên trái của xy lanh được nối thông với nhau và c9ó áp lực dầu bằng nhau. Dầu đi qua các ống dẫn về bơm dầu. Trường hợp này dầu áp suất cao không làm nhiệm vụ trợ lực lái. Khi ô tô quay vòng sang phải, cả cụm trục vít và ngăn kéo van trượt dịch chuyển sang phải một đoạn trong khoảng 1 mm (khoảng này phụ thuộc vào lực tác dụng lên vành tay lái). Dầu trợ lực đi vào khoang bên phải của xy lanh đẩy SVTH: Bùi Xuân Chiều GVHD: ts. Nguyễn Đức Toàn 9 Đề tài tốt nghiệp 2002 – 2003 Trang piston chuyển động sang trái, dầu đi từ khoang bên trái theo đường ống dẫn trở về bơm. Trường hợp này ngoài lực của người lái còn có lực phụ thêm của trợ lực bằng dầu có áp suất cao để quay vòng bánh xe dẫn hướng. Khi ô tô quay vòng sang trái quá trình diễn ra ngược lại. Hình 2: Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động. CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI Đ2.1 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN : - Chiêu dài cơ sở : L = 2750 mm - Chiều rộng cơ sở : B = 1630 mm - Trọng tải : 2500 KG - Tự trọng : 2436 KG - Trọng lượng toàn bộ xe : 5100 KG - Cầu trước chịu : 30% . 5100 = 1530 KG - Cầu sau chịu : 70% . 5100 = 3750 KG SVTH: Bùi Xuân Chiều GVHD: ts. Nguyễn Đức Toàn 10 [...]... vòng Y = Gbx ϕ ϕ : Là hệ số bám của bánh xe với mặt đường ( Theo TL[8] _ Trang2 2) Để đạt được tính cơ động cho ô tô ta có thể chọn ϕ = 0,75 Ô tô có thể chuyển động an toàn trên đường đất khô - rbx : Bán kính bánh xe. ( Tính theo TL[8] _Trang 3 7) + Bán kính thiết kế của bánh xe r0= ( B + d/2 ) 25,4 Với bánh xe có ký hiệu 7,00 – 16 ⇒ r0 = ( 7 + 16/2 ) 25,4 = 330,2 ( mm ) + Bán kính làm việc trung bình:... ( Dựa theo TL[6] ) - Hiệu suất tính đến ma sát của dẫn động lái ηcam = 0,7 ( Dựa theo TL[7] ) Đ 2.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 2.2.1 Xác định tỷ số truyền của hệ thống lái : - Cơ cấu lái khi không có trợ lực lái : ic = 20 ( theo yêu cầu thiết kế ) - Tỷ số truyền của dẫn động lái : l i = n d l ® Chọn : lđ = 0,25 m: là chiều dài đòn quay đứng ln = 0,275 m : là chiều dài cam quay lái SVTH: Bùi Xuân... hoá lái sẽ sinh ra một lực đặt lên vành tay lái Pyc Lúc đó ta có biểu thức: SVTH: Bùi Xuân Chiều GVHD: ts Nguyễn Đức Toàn Đề tài tốt nghiệp 2002 – 2003 Trang 36 Pmax = Pyc + PB (1 0) Trong đó : Pmax : lực max đặt vào tay lái khi không có bộ cường hoá lái Pmax = 21,853 kG Pyc : Lực do bộ cường hoá lái sinh ra PB : Lực của người lái tác dụng vào vành tay lái khio có cường hoá lái PB = 10 kG Thay vào (1 0). .. được cho người lái cảm giác có sức cản của mặt đường khi quay vòng Khắc phục được hiện tượng tự trợ lực khỏi ô tô vượt qua chỗ lồi lõm, đường xốc, và có khả năng trợ lực lúc các bánh xe dẫn hướng bị hỏng lúc đó người lái có thể vừa phanh ngặt vừa giữ được hướng chuyển động ban đầu của ô tô 2.3.1.2 Các thông số cơ bản đánh giá cường hoá lái : Ta thừa nhận rằng lực đặt vào vành tay lái do người lái sinh... Pmax = 592,319 = 218,536( N ) 0,22.22.0,56 2.2.3 Thiết kế dẫn động lái – sơ đồ dẫn động lái SVTH: Bùi Xuân Chiều GVHD: ts Nguyễn Đức Toàn Đề tài tốt nghiệp 2002 – 2003 Trang 15 2.2.3.1 Thiết kế dẫn động lái : Chiều dài đòn bên : m = 0,15 B = 244,5 ( mm) Dựa theo tài liệu TL[6] , trang 8 cùng với tài liệu TL[7] , trang 190 ta có thể tính toán như sau : Hình 4: Sơ đồ hình thang lái Trên hình 4 trình bày... bên: m = 244,5 ( mm ) - Độ dài đòn kéo ngang: n = 1478,9 ( mm ) - Độ dài cam quay lái : ln = 1,1.lđ = 1,1.250 = 275 ( mm ) - Góc nghiêng: θ = 180 ( φ = 720 ) - Chiều dài cơ sở: B = 1630 ( mm ) - Tay đòn: a = 0,045 ( mm ) Hình 6: Sơ đồ dẫn động lái 2.2.4 Thiết kế và tính toán các chi tiết của dẫn động lái: 2.2.4.1 Đòn quay đứng: SVTH: Bùi Xuân Chiều GVHD: ts Nguyễn Đức Toàn Đề tài tốt nghiệp 2002 – 2003... Cần tính toán lực max với công thức: N= Pmax R.i c ηth l® So sánh N với 0,5.G1 và chọn giá trị lớn - G1: Trọng lượng tác dụng lên các bánh xe trước của ô tô ở trạng thái tĩnh G1 = 1530 ( KG ) = 15300 ( N ) - Pmax: Lực cực đại tác dụng lên vành tay lái Pmax = 218,536 ( N ) - R: Bán kính vành tay lái : R = 0,22 ( m ) - ic: Tỷ số truyền của cơ cấu lái. : ic = 20 - ηth: Hiệu suất thuận của cơ cấu lái: ηth... bởi sự trượt của bánh xe dẫn hướng trên mặt đường + Mô men cản M3 gây lên bởi việc làm ổn định các bánh xe dẫn hướng Sơ đồ lực tác dụng lên HTL khi ô tô quay vòng tại chỗ: Hình 3: Sơ đồ các lực tác dụng lên hệ thống lái khi ô tô quay vòng tại chỗ ( Theo TL[7] _ Trang 189 ) * Mô men cản M1 = Gbx f lăn : a (Nm) Trong đó : SVTH: Bùi Xuân Chiều GVHD: ts Nguyễn Đức Toàn Đề tài tốt nghiệp 2002 – 2003... - m.cos(θ + )] 2 SVTH: Bùi Xuân Chiều ( 1) ( 2) GVHD: ts Nguyễn Đức Toàn Đề tài tốt nghiệp 2002 – 2003 Trang 16 Từ ( 1) và ( 2) suy ra ( 3) : (Theo công thức 11.27 trang 197 tài liệu TL[7 ]) m cos(θ + ) m + 2.B.Sinθ - 2.m.Sin 2θ - B.Sin( θ + ) - arcsin  =  + arctg ( 3) B - m.sin( θ + ) m 2 Cos 2 (θ + ) + [ B - m.Sin (θ + )] 2 Khi quay vòng ô tô là một vật thể thống nhất mà tất cả các điểm của nó quay... = 0,25 ( m ) Thay các giá trị voà (5 suy ra: SVTH: Bùi Xuân Chiều GVHD: ts Nguyễn Đức Toàn Đề tài tốt nghiệp 2002 – 2003 N= Trang 26 218,536.0,22.20.0,8 = 3077(N) 0,25 Ta thấy: N = 3077 (N) < 0,5.G1 = 7650 (N) Do đó ta chọn N = Q1 = 7650 (N) Để tính toán cho đòn quay đứng Tính uốn và xoắn của đòn quay đứng khi có lực cực đại Q1 tác dụng: ( tài liệu TL[6] trang 22_ công thức (25 ) và (2 6) ) - Ứng suất . thiết kế ngoài truyền động cơ khí còn phải thiết kế bố trí thêm hệ thống trợ lực lái loại thuỷ lực để giảm nhẹ lực của người lái đồng thời giúp người lái đỡ mệt và an toàn. Hệ thống trợ lực lái. và vật chất khi tham gia giao thông đó là hệ thống lái. Trong bản đồ án này em đã đi sâu nghiên cứu, thiết kế hệ thống lái có trợ lực lái cho xe tải 2,5T. Với nhiệm vụ như vậy thì những kiến. động lái η cam = 0,7. ( Dựa theo TL[7] ). Đ 2.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 2.2.1 Xác định tỷ số truyền của hệ thống lái : - Cơ cấu lái khi không có trợ lực lái : i c = 20 ( theo yêu cầu thiết